UNIVERSIDAD AUTONOMA METROPOLITANA

IZTAPALAPA

PROYECTO TERMINAL PLC'S Y FPGA'S

PROF ESO R :

VICTOR HUGO T E L L E Z A R R I E T A

ALUMNOS:

LOZADA CAN MARIO MANUEL SALCEDO HERNANDEZ V I C E N T E

TRIMESTRE 2001- I

Casa abierta al tiempo

Nombre del proyecto:

Inte faces entre PLC 'S y FPGA 'S

Alumnos:

Mario Manuel Lozada Can (94319790)

Vicente Salcedo Hemández (97319974)

Asesor:

M.I. Víctor Hugo Téllez Arrieta

.-

APROBACI~N

M.I. VICTOR HUGO TÉLLEZ ARRIETA

Historia de los autómat

1960 aproximadamen te. La razón principal de tai hecho fÜe h-necesidad de eliminar el gran costo que se producia ai reemplazar el complejo sistema de control basado en relés y contadores. Bedford Associates propuso algo denominado controlador Digital Modular (MODICON, M W a r Digital CONtroler) a un gran fabricante de coches. Otras compañías propusieron a la vez esquemas basados en ordador, uno de los cuales estaba basado en el PDP-8. El MODICON O84 fesulto ser el primer PLC del muudo en ser producido comexialmente.

El problema de los relés era que cuando los requerimientOs de produu5ón cambiaban también lo hacía el sistema de control. Esto comenzó a resultar bastante caro cuando los cambios fueron frecuentes. Dado que los relés son dispositivos mecánicos yposeen una vida limitada se requeria una estricta manutención planificada. Por otra parte, a veces se debían realizar conexiones entre cientos o miles de relés, lo que implicaba un enorme esfueno de diseño y manienirniento.

Los "nuevos ccmtroladures" debían ser fácilmente propmables por hgeniems de planta o personal de mantmimknto. El tiempo de vida debía ser largo y los cambios en el programa tenían que realizarse de fonna sencilla. Finalmente se imponía que trabajaran sin problemas en entarnos mdwiriales adversos. La solución fue el @eo de una técnica de programación familiar y reemplazar los relés mecánicos por xlés de estado sólido.

mediados de los 70 las tecnologías dominantes de .as PLC eran m&uinas de estado secuenciales y CPU basadas en desplazamiento de bit b s AMD 2901 y 2903 fueron muy populares en el Modicon y PLC's A-B. Los microprocesadom convencionales cedieron la potencia necesaria para resolver de forma I.árpida y completa la lógica de los Pequeaos PLC's. Por cada modelo de micrúpriocesador había un modelo de PLC basado en el mismo. No obstante, el 2903 fue de los más utilizados.

Las habilidades de comunicación comenzaron a aparecer en 1973 aproximadamente. El primer Sistema fue el bus Modicon (Modbus). El PLC podía ahora dialogar con otros PLC's y en conjunto podían estar aislados de las maqUinas que controlaban. También podían enviar y recibú. señales de tensión variables, entrando en el mundo analógico. Desafortunadamente, la falta de un esiándar acompañado con UR continuo cambio tecnológico ha hecho que la comunicación de PLC's sea un problema de sistemas fisicos y protocolos incompatibles entre si. No obstante fue una gran década para los PLC's.

En los 80 se produjo un intmto de estandatkacion de las connmicaciones con el protocolo MAP (Manuhturing Automation Protocol) de General Motor's. También fue un tiempo en el que se redujeron las dimensiones del PLC y se pasó a programar con programación simbólica a través de ordenadores personales em vez de los clásicos terminales de programación. Hoy día el PLC más pequeño es del tamaño de un simple relé.

Los 90 han mostrado una gradual reducción en d número de nuevos protocolos, y en la modeniizac . ión de las capas fisicas de los protocolos más populares que sobrevivieron a los 80. El ultimo estándar (IEC 1 13 1-3) intenta unificar el sistema de progmmacib de todos los PLC en un único estánda internacional. Ahoni disponemos de PLC's que pueden ser programados en diagramas de bloques, lista de instrucciones, C y texto estructurado al mismx, tiempo.

Los PC están comenzando a reemplazar al PLC en algunas aplicaciones, incluso la compañía que introdujo el Modicon O84 ha cambiado al control basado en PC. Pqr lo cual, no sería de extrañar que en un futuro no muy lejano el PLC desaparezca h t e al cada vez más potente PC, debido a las posibilidades que éste último puede proporcionar.

Dispositivos lógicos prograrnabies

¿Qué es ía lógica programable?

La ibgica progrpimable, como el nombre implica, es una familia de componentes que contienen conjuntos de eleancntos lógicos (AND, OR, NOT, LATCH, FLIP-FLOP) que pueden c o n í i m en cuaiquier función lógica que el usuario deaee y que el companentt soporte. Hay Verias clases de dispositivos 16gicos prograinables: ASICs, FPGAS, PLAs, PROMS, PALS, GALS, y PLDs complejos.

ASIC

ASIC significa Circuitos Integiados de Aplicacih Específica y son dispositivos defíniies por el d o . h ASIC& al umtnulo . qw atrios dispositivos, pueden centena funcioms dw @tales, y mmhaciones de ambas. En genemi, son programables mediante maSaara y no programablts por el usuario. Esto significa que los fihicantes configmat.ánei dispositivo see las especificaciones del usuario. Se usan paracombinar una gran cantidad de fimciones lógicas en un dispositivo. Sin edmgo, estos dispositivog tienen un costo inicial alto, por lo tauto se uaan píincipaimuite cuando es d o una gran catidad.

Estructura básica de un PtD

Un dispositivo pmgramable por el usuario es aquel que mtiene una arquitechira general p-deñnida en k que

desamilo. Las arquitecturas geaeralespue&nvariarperoMMnalmentecansisten en unaomásmatrices de Pugcas AND y OR para impleanentar fmiciones iógicas. Muchos dispositivos también canticnen combinaciones de flip-flops y latches que pueden usam c a m elementos de almaceneje para enüada y salida de un diqmsitivo. Los dispositivos m8s unnplejos contienen mauocilulas. Eas macrocélulas permite al usuario configurar el tipo de enttadas y salidas newmh enel áiseño

el usuario puede pmgmmareldiwño ñnal del dispositivo empleando uncoajunto de herrarmen . tasde

PROM

Las PROM son mancñiaS progmmables de sólo lectura. Aunque el nombre no mpka la lógiCa programable, las PROM, sonde hecho lógicas. Laarquitecturade lamyoria delas PROM coasiste gencralmenteenun mbm fijo de témtims AND quealimentri una mstriz pmgmmable OR. Seusanplncrpalmentepara decodificar las combinaciones de entrada cn funciones de salida.

PAL

Las PAL son dispositivos de ma& programabe. La arpuitectraa interna consiste en tbninos AND programabks que alimntan teíminos ORfijos. Todas lasmtradas a la rnatriZ pueden sercombbdasmediante AND en- sí, pen, los tinninos AND especffiws se dedicana térmims ORespaciñcos. Las PAL tienen una arquitectura muy popuLu y son probablemente el tipo de dispositivo programable por usuario m8s napleado. Si u n d i s p o s i t i w c ~ n t i c o t ~ l ~ s , ~ t e tenQbunaarquitectumPAL.Lasmacméllastípicas pucden prograntrse como entradas, salidaq o entraddadida (eís) USIHido una habilitación tricstado. Nornialmaite tienen @ h a de salida que putdenusam o nooonjuntamente eonel pin& elsasociado. Oíras macrooélahs tiene más de un registro, varios tipos de retroalimentación en las mabices, y ocasiohalmente reaiimentacibnentremecrocélulas.

GAL

Las GAL aondispositiros de matnZ iógica gen&ka. Estan diseñados para emular muchas PAL jmdaspara elusode macrocthilas. Si unusuario tiene undiseifo que se impiwnentausandovarias PALcomunes,puedt conñgurarvatiasdelasmismas GALparaenailarcada deuno de losotros dispositivos. Estoreducirá el número de dispoaPitivos d i f a en existencia y aumenta la d d a d compIBda comímmente, una cantidad grande del mismo dispmitivo debería rebojar el costo indMW dd dispositivo. Estos dispositivos tambii son eléctricamnte bofrabks, lo que los hace muyiitik8para los ingeniema dediseiio.

Las PLA son matrim lógicas prognimables. Estos dispositivos contienen ambos tinninOs AND y OR prograniables lo que permite a cualquier t&mk AND ahmentar cualquier término OR Las P I A probablemente tienen la mayor flexibilidad fieate a otros dispositivos coll respecto a la 16gica fuocional. Noanalmenteposeenirealimatac ióndesde la matriz OR .hacia la matriz AND que puede usarse para implcmentar máquks de estado asúicronas. La mayoria de las mbquinas de estado, sm embbargo, 8t

denominadosecuencial (!jeqwmx) ~ p o s e e ~ s t r o s d e reaiimentacihdesde iasaiidade la matriz OR hacia la matriz AND.

~l~~eomomaquinass~.conesca~tiva,losfabricantescrearanunti~dePLA

PLDs complejos

Los PLDs complejos son lo que el nombre iag>lka, Dispositivos Complejos de Lógica P m ~ b l e . Se consideaan PAL muy grandes que titaieaiaigunascaractedsticasde las PLA. La arquitectura básica es muy parecida a la PAL con la capacidad para aumentar la cantidad de túminos AND para cualquier térmim OR fijo. Esto se~rerilizarquitandotcrminos ANDadyacentes o unpleandot&minos ANDdesde imamairiz expandida. Esto pennite que cualqukr diseño pueda ser implementado dentro de estos dispositivos.

Wlrx+

FPGA

- i ?

Las FPGA son Campos de Matrices de Puertas Propmables. Simplemente son makices de puertas eléctrhnente píogramables que umtiemn múiüples niveles de lógica Las FPGA se caracterizau p~ altas densidades de puata, alto rendimiento, un n- grande de entradas y salidas deíinibh por el d o , un -de- . n fiexiiie, y un entomo de diseño similar al de matriz de puertas. No estanlimitadas a la típica ma& AND-OR Por conira, contienen una matriz mtema dgurab l e de relojes 16gia>s (CLBs) y un d o de circunvaiación de bioques de d s @Oh). CadacLBcon~1ógicaprogwmablecombinscionayyregistrosdealmaccnami 'ento. La sección de l@ca com~iona les~de in ip lanentarcua lqu ie r~~nboo l~desusvar iaMesdeentwda Cada IOB puede programarse indejmdienkmeniepara ser una entrada, y salida con control tn-estado o unpin bidimxid. Tambib contiene nip-flops que pueden usame como buffem de entrada y salida. Los recursos de intemmexih son una rad deelfneas que caren bonioncalmente yvdcalmente las tlhs y columnas entre el CLBS. Los interruptom PrOgrpMables conectan las eniradas y salidas de IOBS y CLBS a limas amanas. Las lJness largas rrÑdmn la anchura o longitud en- del dispositivo, estableciendo intemambios para proporcionar una distrhcibn de señales críticas con la mfmma &mora o distorsión. Los dkiiadom que usan FTGAs puoden d e w funckms Iógtcas en un circuto y revisar estas funciones como sea nuxsario. Así, las FTGAs pueden diseñarse y verificarse en unos dias, a diferencia de las varias semanas necesarias para las matrices de puerta programahes.

Introducción a los autómatas programables lntroduccidn

Definición de autómata programable

Se entiende por controlador lógico programable (PLC), o autómata programable, a toda máquina electrónica diseñada para controlar en tiempo real y en medio industrial procesos secuenciales.

Esta definición se está queáímdo un poco desfasada, ya que han aparecido los micr+plc's, destinados a pequeñas necesidades y ai alcance de cualquier persona.

Campos de aplicación

Un autómata programable suele emplearse en pi.ocesos i n m e s que tengan una o varias de las siguienies necesidades:

0 Espacio reducido.

0 Procesos de producción periódicamente cambiantes.

0 ñ.ocesossecuenciales.

Maquinaria de procesos variables.

0 Instalaciones de procesos complejos y amplios.

0 Chequeo de programación centdizada de las partes del proceso.

Aplicaciones gendes:

0 Maniobra de miquinas.

hilaniobra de instalaciones.

Señalización y control.

Tal y como dijimos anteriomente, esto se refiere a los autbmatas pgramables industriales, áejando de lado los pequeños autómatas para uso más petsonal (que se pueden emplear, incluso, para automatizar procesos en el hogar, como la puerta de una cochera o las luces de la casa).

Ventajas e inconvenientes de tos PLC's Entre las ventajas tenemos:

l

Menor tiempo de elaboración de proyectos.

Posibilidad de añadir modificaciones sin costo añadido en otros componentes.

Mmimo espacio de ocupación.

Menor costo de mano de obra.

Mantenimiento económico.

Posibilidad de gobernar varias dquinas con el mismo autómata.

Menor tiempo de puesta en funcionamiento.

Si el autómata @ pequeño para el proceso indmtd puede seguir siendo de utilidad en otras máquinas o sistemas de producción.

Y entre los inconvenientes:

a Adiestramiento de tkmicos.

costo.

El día de hoy los inconvenientes se han hecho nulos, ya que todas las carreras de h&&a incluyen la automatización axno una de sus asignaturas. En cuanto al costo tampoco hay problema, ya que hay autómatas para todas las necesidades y a precios ajustados

Estructura externa

.^ -

Todos los autómatas Programables, poseen una de las siguientes es-:

Compacta: en un solo bloque estan todos lo elementos.

Modular:

0 Estructuxa americana: separa las E/S del resto del autómata.

0 Estructura europea: cada módulo es una función (fuente de alimentación, CPU, Em, etc.).

Exteriormente nos enconúaremos con cajas que contienen una de estas estructuras, las cuales poseen máicaáores y conwtores en función del modelo y fabricante.

Para el caso de una estructura modular se dispone de la posibilidad de fijar los distintos módulos en raíles normalizados, para que el conjunto sea compacto y resistente.

Los micro-autómatas suelen venir sin caja, en formato kit, ya que su empleo no es determinado y se suele incluir dentro de un mjunto más grande de control o dentro de la misma maquinaria que se debe controlar.

Estructura interna

MEMORM:

- Sistema operativo - Memoria de E/s - Programa de usuario - Memoria de estados internos - Sakaguarda de datos - Variables internas

I

Registros y unidades de &S Expansian BUS

- Red indusrial - Us adicionales - E33 especiales

Acopladores EIS

- SENSORES - RS-485 - ACNADORES - RS232

Los elementos esenciales, que todo autómata programable posee como mínimo, son:

Sección de enimdas: se trata de líneas de entrada, las cuales pueden ser de tip0 digital o anaIÓgico. En ambos casos tenemos unos rangos de tensión caracterfsticos, los cuales se encuenúan en las hojas de características del Wcante. A estas líneas conectaremos los sensores.

Sección de salidas: son una serie de líneas de salida, que también pueden ser de carácter digital o anaiógico. A estas iíneas conectaremos los activadores.

Unidad central de proceso (CPU): se encarga de procesar el programa de usuario que le in- . Para ello disponemos de diversas zonas de memoria, registros, e instnicciones de programa.

Adicionalmt+mte, en determinados modelos más avanzados, podemos disponer de fiinciones ya integradas en la CPU; como reguladores PB, control de posición, etc.

Tanto las entradas como las salidas están aisladas de la CPU según el tipo de autómata que utilicemos. Normalmente se suelen emplear optoacopladores en las entradas y relés/optoacopladores en las salidas.

Aparte de estos eiementos podemos disponer de los siguientes:

Unidad de alimentación (algunas CPU la llevan incluida).

e Unidad o consola de progmmación: que nos permitirá introducir, modificar y supervisar el programa de usuario.

o Dispositivos perifencos: como nuevas unidades de E/S, más memoria, unidades de comunicación en red, etc.

o Interf8ces: facilitan la comunicación del autómata mediante enlace serie con otros dispositivos (como un PC).

En los siguientes apariados cornentamnos la estructura de cada elemento.

Memoria

Dentm de la CPU vamos a dísponer de un área de memoria, la cual empleamos para diversas funciones:

Memoria del programa de usuario: aquí iniroducknos el programa que el autómata va a ejecutar cíclicamente.

Memoria de la tabla de datos: se suele aibdividir en zonas según el tipo de datos (como marcas de memoria, temporizadores, contadores, etc.).

Memoria del sistema: aquí se encuentra el programa en código mbquha que monitoriza el sistema (progmma del sistema o firmware). Este progama es ejecutado directamente por el micropwesador/microcontrolador que posea el autómata.

Memoria de almacenami 'ente: se trata de memoria externa que empleamos para aimacenar el programa de &o, y en ciertos casos parte de la memoria de la tabla de datos. Suele ser de uno de los siguientes tipos: EPROM, EEPROM, o FLASH.

Cada autómata divide su memoria de esta forma genérica, haciendo subdivisiones especificas según el modelo y fabricante.

CPU

La CPU es el corazón del autómata programable. Es la encargada de ejecutar el programa de usuario mediante el programa del sistema (es decir, el programa de usuario es interpretado por el programa del sistema). Sus iimciones son:

Vigiiar que el tiempo de ejecución del programa de usuario no excede un determinado tiempo máximo (tiempo de ciclo máximo). A esta función se le suele denominar Watchdog (perro guadán)).

Ejecutar el programa de usuario.

Crear una imagen de las entradas, ya que el programa de usuario no debe acceder directamente a dichas entradas.

Renovar el estado de las saiidas en función de la imagen de las mismas obtenida al ñnai del ciclo de ejecución del programa de d o .

Chequeo del sistema.

Para ello el autómata va a poseer un ciclo de trahajo, que ejecutará de forma continua: _ _ _ _ _ - - _ _ - _ _ - }Imagen de las1 <-- - Ekttradas I entradas I _ - _ - - - _ - - - _ - -

II \ /

Unidades de E/S

Generrilmente vamos a disponer de dos tipos de WS:

- Digital. - Analógica.

Las E/S digitales se basan en el principio de todo o nada, es decir o no conducen señal alguna o poseen un nivel minim0 de tensión. Estas WS se manejan a nivel de bit dentro del

Las US analógicas pueden poseer cuaiquier valor dmtq de un rango deteminado especificado por ei f i m t e . Se basan en Conlrcttidores A/D y D/A aislados de la CPU (ópticamente o por etapa de potencia). Estas seriales se manejan a nivel de byte o paiabra (8116 bits) dentro del programa de usuario.

Las WS son leídas y escritas ckpndiendo del modelo y del filbncante, es decir pueden estar incluidas sus imágenes dentro del área de memoria o ser manejadas a través de instnicciones específicas de US.

programadeusuario.

Interfaces Todo autómata, salvo casos excepcionales, posee la virtud de poder comunicame con otros dispositivos (como un PC).

Lo normal es que posea una HS serie del tipo RS-232 / RS-422. A través de esta línea se pueden manejar todas las características internas del autómata, incluida la programación del mismo, y suele emplearse para monitoriZación del p r o c e s a en otro lugar separado.

Equipos o unidades de programación

El autómata debe disponer de alguna forma de programación, la cuaI se suele realizar empleando alguno de los siguientes elementos:

Unidad de progrsmiación: suele ser en forma de calculadora. Es la forma más simple de programar el autómata, y se suele reservar para pequeñas modificaciones del progmma o la lectura de datos en el lugar de colocación del autómata.

Consola de programación: es un terminail a modo de oráenador que proporciona una forma más cómoda de realizar el programa de usuario y observar parámetros internas del autómata. Desfasado actualmente.

PC: es el modo más potente y empleado en la actualidad. Permite programar desde un ordenador personal estándar, con todo lo que ello supone: herramientas más potentes, posibilidad de a l m a d e n t o en sopoíte magnético, impreSiOn, traasfemncia de datos, monitorización mediante softwa~~ SCADA, etc.

Pam cada caso el i2ibrimt.e proporciona lo necesario, bien el equipo o el softwadcables adecuados. Cada equipo, dependiendo del modelo y fabricante, puede poseer una conexión a uno o varios de los elementos anteriores. En el caso de los micro-plc se escoge la programación por PC o por unidad de programación inwda en la propia CPU.

Dispositivos periféricos

El autómata programable, en la mayoría de los casos, puede ser ampliable. Las ampliaciones abarcan un gran abanico de posibiiiáades, que van desde las redes internas (LAN, etc.), móáulos auxiliares de WS, memoria adicional... hasta la conexión con otros autómatas del mismo modelo. Cada fibricmte faciiita las posibilidades de ampliación de sus modelos, los cuales pueden variar incluso entm modelos de la misma serie.

El control mediante PC introducción

En casa y en la oficina, el ordenador personal Continua su progreso triunfal. El PC se ha establecido en un gran número de campos. Análogamente ai lema "MBs rápido, más alto, meS lejos", los componentes bar- y software están siendo cada vez más potentes y más rentables. Es lógico, par tanto, que la indwtrh quiera tomar provecho de este hecho, para reducir costes y/o incrementar la productividad

Ciertas tareas industriales están actuahente en manos de los ordenaáores desde hace tiempo: desde emplear la tecnología Windows cuando se manejan pedidos y/o se ajustan parámetrosdemaqumariahastaprepararo vhdizar datos prácticammte de cualquier tipo.

No hay que so- entonces, que los especialistas en automzttiZaciÓn y los usuarios estén pensando ahora en que forma se pueden transferir al PC otras tareas, para poder llegar a un mayor ahom. M b recientemente un gran número de simuladores de PLC por software han aparecido en el mercaáo, que están ayudando a transfael Coritrol de tareas ai disco duro y presentan una automatizaciOn más efectiva en costes en una simple pieza de hardware (el PC).

Esto nos deja las siguientes preguntas:

¿Qué sucede con el software PLC?

¿Quién puede emplearlo, cómo y en qu& condiciones?

e Y s o b todo, ¿tiene el PLC sus dias coxitados?

Hardware o Software

El hecho es que las tareas automatizadas de Control, visualización y computación pueden ser efectuadas por controladares lógicos programables (conecta- en red mediante los módulos adecuados) mejor que con sistemas exclusivoS de control basados en PC. Lo que finalmente es práctico, no obstante, depende de un gran número de factores y la mayoría deben ser considerados individuaimente para cada proyecto de automatización.

Así, por ejemplo, los actuales conocimientos y preferencias del usuario pueden jugar ufl mayor papel que la pura potencia del onhador. Los fbctores cruciales, no obstante, son los atributos de capacidad en tiempo real y las prupiedades de seguridad que hasta ahora han sido fuertemente asociadas coi1 el PC. No obstante, un sistema de umtrol es inconcebible sin capacidad en tiempo real o la dependencia que es demandada en industria.

~ I . ._I -. ...,. __,._- . .. ... .

Tiempo real

La capacidad en tiempo real se refiere a la capacidad del ordenador en programas de procesamiento de datos para que siempre este listo para procesar y proporciomir los resultaáos dentro de un tiempo especificado. En este contexto "estrictamente en tiempo real" significa que un sistema reacciona a los eventos extenios dentro de un tiempo especificado en un 1W/o de los casos. Si, de otra f'orma, los tiempos de reacción puedcn suprame en ciertos casos, como en el simple caso de coníroladores de temperatun, hablamos de "tiempo real suave".

Los controladom lógicos programables, en la mayoría de los casos, están diseñados específicammte para ser empleados en d e n t e s ináusiriales exigentes y han sido continuamente desam>llados de forma que sus sistemas operatívos en tiempo real representan su mayor virtud. Ellos son y seguirán siendo, no obstante, la primera elección para todo umtrol de tareas críticas o extremas por su rendimiento y simpleza, en los que un PC podría estar simplemente "sohargado".

Si, además del cuntrol de tareas, se necesita un ]procesamiento de datos, trabajo en red o visualización, un sistema basado en PC debe ser tomado en consideración.

Esto se aplica en particular si un PC (de calidad industrial donde sea posible) está actualmente en disposición y el software existente puede y debe continuar siendo empleado.

No obstante Windows NT no es estrictamente un sistema operativo en tiempo real como el de un PLC, pero puede actuar de fomüi suficientemente tápidst para aplicaciones "suaves" en tiempo real, gracias a su arquitectura de. micro-kemel. Puede llegar a ser considerado como un estándar para soluciones de automatiwtción basadas e21 PC, aun dejando un sistema "suave" en tiempo real.

La estructura abierta como inconveniente

sistemas opt ivos . De una forma estrictsrmente detmnman - te,lossistemas*actuales Aím no se ha establecido un estándar para poseer extensiones cmnpatibles en tiempo real de

deben ser modiñcaáos de forma general, así que la prínC$ml ventaja de un sistema basado en PC - su estructura abierta- es rápidamente un inconveniente. La solución comienza a ser pmpieiaria mwamente (cada empresa ofrece su sohicibn) y la canversión a fixturas generaciones de sistgias operativos lo hace mtb difícil. R e d W si es necesario operar en tiempo real, entcmces debe hacerse independientemente del sistema operativo PC.

Tarjetas de expansión

en tiempo real io más simple es emplear extensiones hardwarepara las toreas Cnticas (placas de expansión PC) y soluciones softivare para el resto de tareas. Esto nos lleva a urna compatibilidad con futuros sistemas operativos y ma solución totalmente factible actuaimente.

No obstante las placas de expansión PC no son sino PLC's, por lo que siempre acabamos trabajando de una forma u otra con los clásicas PLC's para tareas en estricto tiempo real, pero con un costo mucho menor para la mayoría de las aplicaciones.

ontactos Programación de controladores: C frente al esquema de contados

El mundo de los controladores programables se ha vuelto más sofkticado, sino más complicado. No basta a h que una máquina pueda realizar la misma serie de acciones. Los sistemas, ahora, deben no sólo ser capa- de realirar tareas repeáitivas, también deben optimizar los procedimientos para maxmiizar la produccíón mientras mantienen estadisticas bssicas (un requerimiento de oalidad asegurado). Más aún, muchos sistemas deben interactuar con uno o varios dispositivos adiciodes con interhces que son ajenos al controlador lógico programable (PLC). Algunos sistemas también deben ser capaces de sopartar comunicación con una red industrial que proporcione supervisión c m infamación actualizada.

Programación en esquema de contacto$

proporcionar un software más flexible de simulación que pudim reemphi& los c-ntactores, temponiadores, y contadmes de ibrma análoga a los sistemas de control de 1960 a 1970. RLL no sólo ha sido un éxito, tamóién ha superado sus modestos objetivos. Ru es una herramienta potente cuando es utilizada en aplicaciones que realizan tareas específicas, no obstante no puede soportar los múltiples retos de los actuales PLC’s. Para ello se han añadido características que saporten aplicaciones más complicadas, pero estas mejoras son torpes, lentas, y son muy diñciles o casi imposibles de emplear. RLL simplemente no está preparado para los problemas mi% complicados de la industria actual.

Programación en lenguaje C

C, sin embargo, fue diseñmido para ser un lenguaje de programación de propósito general. El C no sólo domina el desarrollo de aplicaciones personales y corparativas para onhador, también soporta el desarrollo de sistemas modulares. De esta forma, C es empleado para programadesdeprocesaáores detextoybases de datos amicroodas ytelevisoreS. En esencia, el C está en todas partes.

La razón de la popularidad del C es su naturaleza de propósito general. A causa de que el C no toma en consideración el entorno o el tipo de tareas a procesar, los programas escritos en C emplean los recursos más eficientemente que los sistemas basados en RLL. La mayoría de los PLC's ppomionan al usuario un nimien> d e t c x ;to de dispositivos tales como relés auxiliares, registros, y temporizadm. Eventualmente, axla progrmador de RLL encuentra una situación donde ma asignación fija de variables no es aceptable para una aplicación. Por

reqyiere m8s registros que los posibles en uua aplicación RLL.

El aspecto más grave de este escenario es que u11 PLC casi siempre tiene la necesidad de memoria, pero asigna mm& a innecesarios mlb auxiliares y temporizadores. Cuando se progmm en C la asignación de memoria no es un problema, debido a que el programador tiene el control de la asignación de recursos disponibles (hasta donde los recursos Ueguen).

El lenguaje C puede solventar la mayoría de los problemas de programación y es soportado por la gran mayoría de las plataformas de programación. Otra importante ventaja del C es su perspectiva de ejecución. El RLL fue diseñado para simular operaciones inherentemente paralelas de hardw;are. Las operaciones paralelas están acopladas mediante la ejecución secuencia1 de cada "escalón" dentro de cada i a ~ a en todo ciclo de ejecución. Esto presenta el problema que a mayor complejidad de las tarear los ciclos de ejecución se hacen msS lentos, llegando a superar los 10 milisegundos, lo que ca inapropiado en la mayoría de las aplicaciones.

El C, no obstante, posee un contador de programa que comienza en la función "MA" (la primera función ejecutada en un programa en C). El contador programado trabaja a lo largo del código, dirigido por sentencias de control de flujo escritas por el programador. Un proaxador ejecutando un programa en C sólo ejemía una secuencia de instsucoiones a la vez.

*

ejemplo, una aplicación particular sólo debe requerir unos pocos reiés y temponzadares ,pero

Mien- una secuencia de úistrucci 'ones es ejecutada, el resto del programa espera a la ejecución del próximo juegos de inst~~cciones. Esta ejecucidn simple permite a i propmador decidir que partea de la aplicación necesitan una mayor atención y cuales deben ser ejecutadas periódicamente. Sin este control, maneja eventos de alta velocidad sería imposible.

Características del lenguaje C y RLL

Lenguaje C

Programación flexible que permiie resolver unos problemas de diversas formas. Con frecuencia un programador novato puede senthe abrumado con las posibilidades.

Habilidad de enfocar la ejecución en una pequeña sección de Código. Esto es importmte para aplicaciones donúe ciertas fimciopes no son realiidas en su totalidad o son ignoradas.

Menos intuitivo para los principiantes y un poco más complicado de aprender que RLL.

Un juego básico de instrum ‘ones puede ser *dido con rapidez, pero los aspectos más complicados del lenguaje pueden ser bastante confusos incluso para los progmmadores con expexiencia moderada.

Lenguaje de contacú~ (U)

0 Bastante restrictivo, de firma que los problemas Simples casi siempre se resuelven por sí solos.

0 Ejecuta cada sección secuenMa1mente por cada ciclo. No existe posibilidad de no

0 Puede ser aprendido con relativa rapidez.

0 Diseñado para realizaT ima tarea particuitar, realizzuido la tarea correctamente.

ejecutar c6digo.

Paneles de operación (OP)

Introducción

Los OP (Operatur Panel) son paneles de operación que facilitan el acceso v i d del operano al sistema de automatizadn, englob5uidose dentro del famoso "Human Machine interface" (Interfaz Humano con la Maquhmh).

Algunas posibilidades de los OP son:

Acceso rápido y sencillo a los datos del sistema.

supervisión y control del proceso.

Visuaihación del prrrceso (sólo en OP gdficos).

Modificación de parámetros y órdenes (sólo en algunos casos).

I .. ... I ____ -.

Los OP poseen una serie de ventajas que les hace ideales para su uso en sistemas de automatbación, entre las cuales figuran:

0 No se necesita una programación del PLC (salvo interacción con éste).

0 No se emplea memoria de usuario.

0 No se necesitsyi interfaces con el programa de aplicación.

0 No consume tiempo de CPU en el PLC (salvo interacción con éste).

0 Rápida actualización y visualización de los datos presentados.

Configuraciónsimple.

0 Cuando la CPU del PLC está parada es posible establecer comunicación entre el OP y el PLC.

Todo OP posee los siguientes componentes:

0 CPU (normalmente un procesador 486 o 386).

0 Pantalla.

Teclado.

0 Puerto@) de comunicación.

0 Ranuras de expansión (se@ modelo y fabricante).

CPU

La CPU es la encargada de realizar todas las funciones del aparato. Se encarga de:

Lecturadelteclado.

0 Lectura de datos por el puerto corres~idiente de comunicación (serie, bus de

0 Procesamiento de los datos recogidos.

-5 -4.

0 Envío de datos por el puerto de comunicación (si es necesario).

Presentación de los áatos en pantaiIa.

Como es lógico la CPU posee su propia memoria RAM y ROM para poder almacenar el p~ograma de tratamiento de datos y presentación (sistema operativo del OP) y para almecenar los datos convenientes. De esta fonna se evita consumir tiempo de CPU y memoria de otro sistema exteni0 (como un PLC).

Teclado y pantalla

El teclado puede ser configinable por el usuario, y puede ser más o menos completo según el tipo de OP. La flexibilidad &l teclado incluye sengrafia, etiquetado e incluso el nombre de la compañía. For supuesto es posible emplear pantailas táctiles, suprimiendo el teclado.

En cuanto al tipo de pantalla hay varias posibilidades:

0 Sólo texto (el número de filas y columnas depende del modelo).

0 Gráfico monocromo.

0 Gráfico en color.

Accesorios

Los OP penmten también una serie de accesorios según el modelo y fabricante, entre los

Baterías para funcionamiento en caso de fallo de alimentación. Comunicación serie (RS-485, etc.). Comunicación con bus de campo (Profibus, etc.). configuración mediante consola externa o PC (tanto por cable directo como a través del puerto de comunicaciones).

desfiguran:

Sensoresltransd uctores Introducción

magnitudes de planta, para poder así saber el estado del proceso que estamos controlando. Para ello empleamos los sensores o transductorcs, térmmos que se suelen emplear como sinónimos aunque el transáuctor engíoóa algo más amplio.

Se puede definir un transductor como un dispositivo que convierte el valor de m a magnitud física en una señal eléctrica codificada, ya sea en forma analógica o digital. No todos los transductores tienen por qué dar una salida en hrma de señal eléctrica (ej. Un termómetro), pen, para aplicaciones industriales como las 9\u: nos ocupan suele ser lo más fkecuente.

Estructura

Si nos limitamos a los transductores que se emplean para conectar a autómatas programables, a íravés de las &eríkces adecuadas, podemos distinguir las siguientes partes que los componen:

a Elemento sensor o captador. Convierte las variaciones de una magnitud fisica en variaciones de una magnitud eléctrica (señal).

0 Tratamiento de la señal. Si existe, realiza la función de modificar la señal obtenida para obtener una señal adecuada (filtrado, amplificación, etc.).

o Etapa de salida. comprende los circuitos necesarios para poder adapíar la señal al nivel requerido para la carga exterior.

Clasificación

Según el tipo de señal de salida, es decir la forma de codificar la magnitud medida, podemos realizar la siguiente clasificación:

0 Analógicos: aquellos que proporcionan urn valor de tension o corriente entre un rango previamente fijado (normalmente 0-10 V' o 4-20 mA).

0 Di@jtaies: aquellos que proporcionan una señal codificada en pulsos o en alguna codificación digital (como BCD, binano, etc.).

0 Todo-nada: aquellos que únicamente poseen dos estados, los cuales están separados por un valor umbral de la variable detectada.

Según el tipo de magnitud física B detectar podernos establecer la siguiente clasificación:

0 Posición lineal o angular.

0 Desplazamiento o deformación.

Velocidad lineai o angular.

0 Aceleración.

0 Fuerzaypar.

0 Presión.

0 Presenciaoproximidad.

Táctiles.

0 Sistemas de visión artificial.

Otro tipo de clasificación es dif"ciar entre stllsores activos o pasivos. Los semores pasivos requieren de una a ih tac iún para efectuar su función, miemlras que los activo$ general la señal sin necesidad de alixuentación externa.

Caracteristicas

Se pueden w a r en dos grandes bloques:

Características &áticas

Describen la actuación del sensor en régimen pt;rmanenbe o con cambios muy lentos de la variable a medir:

Campo de medida: rango de valotas de la magnitud de entrada.

Resolución: es la minima medída que el sensor es capaz de discernir.

Precisión: es la máxima desviación en- el valor real proporcionado y el teórico según un patrón defínido.

Repetibilidad: es la máxima desviación entre valores de salida al medir un mismo valor de entrada con el mismo sensor.

Alinealidad: máxima desviación entre la respuesta real y la puramente lineal.

Sensibilidad indica la variación de salida por unidad de magnitud de entrada.

Ruido: aquel propio del transductor que produce una desviación de la salida con respecto al valor tebrico.

Hiskksis: dependencia de la medida a si esta se realiza con crecimiento o disminución de la misma.

Características dinámicas

Describen la actuación del sensor en régimen transitono:

0 Velocidad de respuesta: tiempos que se proáucen entre la medida iumada y la señal de salida.

o Respuesta frecuencial: relación entre la sensibilidad y la frecuencia de la señal de entrada.

Estabilidad y derivas: desviación de salida respecto a condiciones medioambientales.

Tabla de transductores

Magnitud detectada Transductor

Posición lineal o angular

Desplazamiento o deformación

Velocidad lineal o

Aceleración

Fuena y par

Presión

Caudal

Temperatura

Presencia o proximidad

Táctil

Sistemas de visión artificial

Potenciometro Encoders

Transformador diferencial Galga extensométrica

Dinamo tacométrica Encoders Detector inductivo u óptico

ACelerómetrO Sensor de velocidad + calculador

sinm y resolver

Características

AnalógicO Digital Analógico

Analógico AnaiógiCO

Analógico Digital Digital

Analógico Digital

Medición indirecta por galgas o trafos Analógicos diferenciales

Membrana + detector desplazamiento Anaiógico Piezoeléctrico

De turbina Magnético

Resistencias PTl O0 Resistencias NTC Resistencias PTC Bimetálicos

Termopar

Inductivo capwitivo optic0 Ultrasónico

Analógico

Analógico AnalógiCO

Analógico AnalógiCO AnalógiCO Todo-~da Todo-nada

Todo-nada/analÓgico Todo-nada Todo-~da/analÓgicO Analógico

Matriz de contactos Piel artificial Todo-nada

Analógico Matriz capadva, piezodéctrica u Todo-nada óptica

Procesamiento digital por pimtos o pixels

Cámaras CCD Cámaras de video y tratamiento de imagen

SCADA

Introducción a SCADA

Data Acquisition", es deck adquisición de datos y sup&iSiÓn de control. Se trata de una aplicación software especialmente diseñada para fúncionar sobre ordemadm de control de producción, proporcianand0 comunicación con los dispositivos de campo (controladom autónomos, autómatas programables, etc.) y controlando el proceso de forma automática desde la pantalla del ordenador. Además, provee de toda la informacón que se genera en el proceso productivo a diversos usuarios, tauto del mismo nivel como de otros sripervisores dentro de la empresa: control de calidad, supeB?sión, mantenimiento, etc.

Los programas neceSanos, y en su caso el badware aáicional que se necesite, se denomina en general sistema SCADA.

Prestaciones

Un paquete SCADA debe estar en disposición tie ofrecer las siguientes prestaciones:

Posibiiidad de crear p e l e s de alarma, que exigen la presencia del operador para reconocer una parada o situación de alarms, con registro de inciáencias.

Generación de históricos de scnal de planta, que pueden ser volcados para su proceso sobre una hoja de cálculo.

Ejecución de programas, que modifican la ley de control, o incluso el programa total sobre el autómata, bajo ciertas condiciones.

Posibilidad de programación numérica, que permite realizar cálculos aritméticos de elevada resolución sobre la CPU del ortienador, yno sobre la del autómata, menos especializado, etc.

Con ellas, se pueden desarrollar apiicaciones basadas en el PC, con capturh de datos, d i s i s de señales, presentaciones en pantalla, envío de resuitad- a disco e impmom, etc.

Además, todas estas acciones se llevan a cabo mediante un paquete de funciones que incluye zonas de progmmacitm en un lenguaje de uso general (como C, Pascal, o Basic), lo cual confiere una potencia muy elevada y una gran versatilidad.

Requisitos

apl-OV€!CW Un SCADA debe cumplir varios obj&vos para que su instalación sea perfectamente

0 Deóen ser sistemas de a r q u i n abierta, capaces de crecer o adaptarse según las necesidades catnbiantes de la empresa.

Deben comunicarse con total facilidad y de farma traiisparente al usu8úio um el equipo de phta y con el resto de la m a (redes locales y de gestión).

Deben ser programas sencillos de instah, sin excesivas exigencias de hardware, y f i l e s de utilizar, con interfaces amigables con el usuario.

Módulos de un SCADA

Los móduios o bloques software que peimiten las actividades de adquisición, Supervisión y control son los siguientes:

Canfiguración: permite al usuario definir el entomo de trabajo de su SCADA, adaptándolo a la aplicación particular que se desea desarrollar.

in- gráfica del opemior proporciona al operador las funciones de control y supervisión de la planta. El proceso se representa mediante sin6pticus grslficms almacenados en el ordenador de proceso y generados desde el editor incorporado en el SCADA o importados desde otra aplicación durante la configuración del paquete.

Mbdulo de proceso: ejecuta las acciones de mando preprogramadas a partir de los valores actuaies de variables leidas. La ]programación se realiza por medio de bloques de programa en lenguaje de alto nivel (amo C, Basic, etc.).

Gestión y archivo de datos: se encarga del aimadmto y procesado ordenado de los datos, de forma que otra aplicación o dispositivo pueda tener acceso a ellos.

Comunicaciones: se encarga de la transf-cia de informaci6n en& la planta y la arquitectura hardware que soporta el XADA, y entre ésta y el resto de elementos uiformáticos de gestión.

Software SCADA

Algunos de los programas SCADA, o que incluyen SCADA como parte de ellos, son:

0 CIRNET, de CiRCUTOR S.A.

0 SCADA InTouch, de LOGITEK.

o WinCC, de Siemens.

0 Coros LS-B/Win, de Simens.

0 SYSMAC SCS, de Omron.

0 FUUIMACS, de Omron-intellution,

Introducción a la interface OPC Introducción

En el mundo industrial, la integracibn de componentes desde diveisos fabricantes ha multado frecuentemente una tarea dificil, e incluso en la actualidad en ciertos casos lo sigue siendo. Las aplicaciones, como operacicmes de control y monitorización o procesamiento de datos de gestión, requiriera de un Qiver para cada componente de automatización cuyos datos necesiten ser leídos. Por otra parte, los sistemas de automatización pueden únicamente operar con aplicaciones para los que se han desmollado drivers específicos.

Flexible, poderoso, Simple

u )rircirrir Con la introducción de la interhce OPC (OLE for Recess Control) basados en las tecnologias OLWCOM y DCOM de Microsof€, estos problemas son una cosa del pasado. La tarea de esta interface abierto desarrollado por la Fundación OPC está en mejorar las i n e e s de los rmnpmenm de automatización desde diversos fabricantes en las aplicaciones pasa PC, como en sistemas de visualización o aplicaciones ofunhticas. Aquí, la prioridad principal está en proporcionar un acceso flexible, poderoso y, en particular, simple a los datos.

Como en el caso de las impresoras de oficina, los companentes de producción ten& una interface nenmalizado que puede operar también bajo las aplicaciones Windows sin necesidad de costos o esfuenos extra.

Principios básicos del OPC

Las aplicaciones que requieren servicios, es decir datos, desde el nive1 de automatización para procesar sus tareas, los piden como clientes desde los componentes de automatización, quienes a la vez proveen la información requerida como senridores. La idea básica del OPC está en normalizar el interfsse entre el servidor OPC y el cliente OPC hdepedientemente de cualquier faóricante particular.

De la misma forma que las sucesiones de control de una impresora no son algo de lo que el usuario necesita preocuparse, el ingeniero no deberia necesitar saber más sobre el control, por ejemplo, de un controlador de temperatura. El puede concenirarse totalmente en lo que realmente le es relevante, específicamente la función tecnológica del componente de automatización a ser controlado.

Con OLE sirviendo como una base y su capacidad para transmitir volúmenes grandes de datos en menos tiempo, OPC se pdestina virtualmente para aplicaciones sofisticadas como aplicaciones de visualización.

Servidores O K : El aceeso abierto a redes

1

- PLC 1 PLC 2 wmpoiwnti,*

Los servicios prestados por los servidores OPC para ciientes OPC por medio del intezfase OPC típicamente implican la lectura, cambio y verificación de variables de proceso. Mediante estos servicios es posible operar y controlar un proceso. Los servidores OPC apoyan el nexo de tales aplicaciones a cualesquiera c o m m t e s de automatización que esté en red par medio de un bus de campo o Ethernet ináustrkú.

Continuación de fa norma

La n o m de interí‘bce OPC está siendo adicicmalmenie definida y trabajada por la Fundación OPC, que se estableció pani este mismo propósito. Además de Siemens, las compañías Fisher Rosemount, intuitive Technology, OFTO 22, intellution, Rockwell Software y un númm de otras ampañías con renombre en el c811lpo de automatización han formado este grupo poderoso. Microsoft garantiza la jxopagación de la especificación y concosdancia con Windows.

El númm de miembros que participan en la Fundacih OPC aumenta constantemente. Una p4gina especial en hltemet es ~ \ ~ L u : : : ~ w w . o 3 C f ~ u ~ ~ ~ i o ~ i . ~ ; ~ ~ ~ , la cual proporciona infbmción sobre los desarrollos actuales. Para simplificar el fomento del uso del O X , está prcvisto integrar las prueóas de conoordancia con las especificaciones para que un servidorlcliente OPC pueds automáticamente scr testeado en este sentído.

Un objetivo adicional de la Fundación OPC es la integración de todos 106 aspectos pertinentes a la tecnología de automatización, td como mtemrpción de p~ocesos y grabación de eventos, así como también los mecanismos de seguridad.

OLE, COM, DCQM

OLE (Object Linking and Embedding) es un inrerf8ce que puede integrar información desde un programa a otra aplicación. Aquí, los objetos son creados, editados y compuestos por el servidor OLE. El OLE cliente integra estos objetos y los muestra.

La noma para la intaacción de cOmpOnetlteS es definida por COM (Chqxment Object Model). COM ofrece la ventajg de guardar de forma úampam& todas las lamadas a un objeto, independientemente de si estas llamadas se dirigen dentro de la misma apliwci&, o se áirigen a otra aplicación e iacluso a otro ordenador. Cuando se irata con llamadas entre diversos ordenadores, se habla de DCOM (COM Distribuido).

Introducción al estándar fEC 1131-3 Introducción

La incremente complejidad en la programación de los autómatas programables requiere más que nunca de la estandaimción de la misma. Bajo la dirección del LEC el esiándar 1EC 1 13 1-3 (IEC 65) para la programación de PLC's ha sido definida. Alcanzó el estado de Estándar Inteniacional en Agosto & 1992. Los lenguajes gx$fícos y textuales definidos en el estándar son una fuerte base para entomos de prognueacíón potentes en PLC's. Con la ida de hacer el estandar adecuado para un gran abanico de aplicaciones, cinco lenguajes han sido definidos en total:

0 Gráfico secuencial de funciones (grafcet).

o Lista de instrucciones (LDI o AWL).

Textoestructurado.

0 Diagramadeflujo.

0 Diagrama de contactos.

Gráfico secuencial de funciones (grafcet)

El gráfico secuencial de funciones (SFC o Grafcet) es un lenguaje grdfico que proporciona una representación en forma de diagrama de las secuec1ci85 del programa. Soporta selecciones alternativas & secuencia y secuencias paralelas. Los elementos básicos son pasos y transiciones. Los pasos consisten de piezas de p r o m que son inbibiáas hasta que una condición especificada por las transiciones es conocida. Como comecumcia de que las aplicaciones industriales funcionan en form de pasos, el SFC es la forma lógica de especificar y programar el más alto nivel de un programa para PLC.

Lista de instrucciones

La lista de instrucciones (iL o AWL) es un lenguaje de bajo nivel, similar al lenguaje ensamblador. Con iL solo una operación es permitida por línea (ej. Almacenar un valor en un registro). Este lenguaje es adecuado para pequeñas aplicaciones y para optimizar partes de una aplicación.

Texto estructurado

El texto estructurado (structured text o ST) es un lenguaje de alto nivel estructurado por bloques que posee una sintaxis parecida al PASCAL. El ST puede ser empleado para realizar rápidamente sentencias complejas que manejen variables con un ampiio rango de diferentes tipos de datos, incluyendo valores amalógicos y &@tales. Tambih se específica tips de datos para el manejo de horas, fechas y teaiporizaciones, algo importante en procesos industriales. El lenguaje posee soporte para bucles iterantes como REPEAR UNTIL, ejecuciones condicionales empleando sentencias E-THEN-ELSE y funciones como SQRTO Y smo. Diagrama de contactos

El diagrama de contactos (ladder diagram LD) es un lenguaje que utiliza un juego estandanzad o de simbolos de programación. En el estándar E C los símbolos han sido racionalizados (se ha reducido su número).

Diagrama de funciones

El diagrama de funciones (function block diagram o FBD) es un lenguaje griifico que permite programar elementos que aparecen como bloques para ser cabieados entre si de krma análoga al esquema de un circuito. FBD es adecuado para muchas aplicaciones que involucren el flujo de Mormación o datos entre componentes de control.

Organización de tareas El estándar también define una nueva arquitectura para la organización e interacCión de tareas con PLC's. Una tarea controla la ejecucicni de un prognuna ejecutindolo periódicamente o en respuesta a un especifico evento. Para optimizar los recufsos del controlador, una aplicación puede ser fragmentada en un número de pequeños programas concretos. Cada programa está bajo el control de una tarea que se ejmta a la velocidad que requiera la E/S asociada.

Bloques de funciones

Los bloques de funciones (FB's) son bloques estándar que ejecutan algoritmos como reguladores PID. El estándar LEC asegura que los FB's son defínidos empleando una metodología estándar. Hay controles empleando parámetrOs externos, mientras que los algoritmos internos permanecen d t o s empleando frogmmación Orientada a Objetos.

Estado del esthdar

programables. Las partes son:

Parte 2 - R-entos de equipo y test (IS)

El estándar de programación es la tercera parte del estándar 1 13 1 para autómatas

Parte 1 - Información general (IS)

Parte 3 - Lenguajes de programación (IS) Park 4 - Lincas de guía al iIsuario (CD) Parte 5 - Servicios de comitnicacián (CD)

Un documento técrnco de tipo 2 proveerá una guía de 'pre-estandarización' para la implmentación y aplicación de los lenguajes de prognunació~ definidos en el estgndar, incluyendo notas para sistemas operativos, pmgmmas de intemxih y reqMenm para entomos de programación.

ARQWTEm-FPGA

Motas para la taMa

1 .

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9.

Un pin de activación de salidas.

Cada término de control capaz de controlar de forma pmgtxmada un banco de 4 YO.

Una enirada reversible a activador de salida. Cada salida puede ser tanto abierta permanentemente como cmda bajo el control de un pin del susodicho pin.

Salidas 'Totem pole".

Direcciones de entrada divididas bits de 7ms I 2 Is I high bank I low bank. Salidas en dos bancos de 4 bits, cada uno de los cuales dewdifícan direcciones Is , y elige si los bits ms coinciden con direcciones programadas.

"Marca" la salida a verdadera si los bits ms son iguales a la dirección programada.

Retraso de entradas por entrada 'ALE'. Salidas condicionadas por la entrada 'seleccionada'.

Direcciones de entrada divididas: bits de S ms I bits de 3 Is. Una de las cuatro direcciones de salida concud con los bits Is, y si los bits ii~s marcan direcciones programadas.

Direcciones de entrada divididas: bits de Sms I 2 Is. Una de las cuatro salidas conectaáa de acudo a los bits Is, y si los bits ms coinciden con dirección programada.

10, Direcciones de entrada divididas: bits de 4ms I 1 Is I high bank I low bank. Las salidas son dos bancos de dos bits cada uno decodifica los bits de direcciones Is, y seleccionados si los bits ms coinciden con la dirección progamada.

1 1 . Particiones de salida en dos de cuatro bancos, cada uno controlable mediante un pin de activación.

12, Tiene la misma configuración de U 0 que la PAL 16L8. Este es el dispositivo más rápido en la tabla.

13. Camino de retroalimentación de alta velocidad para cada salida.

14. Dispositivo borrable.

15. Salidas retrasadas por una entrada ALE.

Bibliografía sobre PLC's Simatic S51OOU / Sysmac C-2BK "Coatroiuiores 1- y auténmtas prqpmabies" E n r i q u e M a n d a Q P ~ J o r g t M a n x i s ~ ~ , S e r a ñ n A l f o n s o P ~ ~ ~ . Depsrtamaito de tecnología electrónica de la Universidad de Vigo. Ed. MaiMmbo, Boixareueditores, B-. him bastante heno, con descripciones técnicas de cada autkmta y programaci6n en cada uno de ellos. incluye una extensa introducción a los autQnatas e iacmpora conocimiento Micos y m e s . Posee mnchos ejercicios resueiiq (con programas pgnr cada autómta).

"Autómata# pigireiibies: Proyuisrcibn. Autemaíbmo y Mgk8 groguiaidr" AndrE Simon. Ed. Paraninfo, Madrid. inciuye conocimieatos bhsícos y g e d e s sobre autómatas y automatización. Lo mejor que t h e es que toca tres PLC's, con lo que seda unaampiia visión de lo que 1108 podemos llegar a encoattar aiel macado. También incluye algo de Progremación en Grafret y O h 6 codhs que 10 hacen muy compkto.

"Autoiaitlndón: prablemas rewclter am rutómatm progmnabies" I. Pedro Romera, I. Antonio Lona, Sebastián Montm. Ed. Paraninfo, Madrid, Un buen h i sobre autometización, con uspecial atencihn a la programación mediante Mat. Este mctodo ayuda amarla estructura del píograma desde un sistema de bioqucs, que smphfiica mucho la labor de desarroiio y estudio. También profuadiza en otros conoculiientos complementarios.

"Autómatas PmgrainrMCr. lundamentos, mando, iustaiación y prietrcU" A. Porras I A.P.Monauien> EdMcGrawHill La intmducción es bastante sencilia, con lo que se convierte en el l i i ideal si se es un novato o se desconoce por COIllpleto el mundo de los autómatas pmgmmbles. Muy recomndado. "AuCQmrt.e Pregmm8bies M u m arquitectura y apUeieiones" G. Michel. Ed. Marcombo, Boixareu editores, Barceiona. Libro recomendado si buscas más infbrmación sobre los distintos tipos de lenguajes que se pueden utilizar para progratnar PLC's (como FUP, KOP, etc.). También es i d d para introducirse en el mundillo de la automatizsión, ya que incluye los conocimientos necescuios para ello.

"Aubámibil progmmabieM' Josq> BaiceUs, José Luis Romerai Serie Mundo Electrónico Ed Manmmbo, Boixareu editores, Barccloaa Aquel que sepa todo lo que Contiene este libro está dispuesto pare ser un Wedrbtico en el tema. Entre los temas que úata está: Grafce, regulaci6n y control (FDT, BODE, PiD), arquitectura, ikmionamknto, sensoxs y activadores (esta parte es impmcmh . 'ble), interface de US, pmgramwión, cstruchnas de programación, redes de authatas, redes industriales de COLlllllicación, ordaiadares indust& . es, aplicaciones de los PC industriales (SCAD& adquisición de datos, etc.), instalación y ~tenimient0, etc... Y encima te trae una serie de ANEXOS inkblemente iitiles. áigebra lógica, sisícmas de numemcibn, autómatas (características), y normalización.

Saia-PC / Sucos PS 24 i TSX 21

Programación en Grafcet

Conocimientos básicos y generales

TODO (libro muy completo)

Casa abierta al tiempo

CONCLUSIONES

Hoy en día los PLC’S y FPGA’S han tenido un gran auge dada la necesidad cada vez mayor de automatizar los sistemas electrónicos. Los controladores de lógica programable (PLC’S) son uno de los @positivos que son utilizados con mayor hcuencia hoy en nuestros días en la industria por su facilidad de programación y la campatibilidad con módulos de potencia utilizadas actualmente en la industria. Los arreglos de compuertas de campo programables son usados actualmente en la programación de chips de propósito especifico lo cual facilita la utilización optima de un d i d o propuesto con una tarea especifica asignada.

En este proyecto se fincaron las bases necesarias para poder realizar un proyecto en el cual se puedan utilizar mas a fondo y con una aplicación especifica las nociones investigadas acerca de los PLC’S y FPGA’S.

Realmente resulta sumamente interesante poder realizar tareas programadas especificas con estos dispositivos programables aunque para la realización del proyecto se tuvo que ocupar el diseilo primero en papel de que es lo que se deseaba realizar para poder hacerlo en programa real y que lograra hacer la tarea para la cual fue programado el dispositivo en cuestión.

Aunque se presentaron algunas dificultades en el desarrollo de este proyecto pudieron ser resueltas satisfactoriamente con un análisis mas profundo de los manuales de operación de los dispositivos que se utilizaron, lográndose una adecuada adaptación entre estos dos lográndose establecer una interfase en la cual podían interactuar ambos.

Finalmente los alumnos que realizaron este proyecto concluyen que es un proyecto de gran utilidad, que pudo ser realizado en base a los conocimientos adquiridos a lo largo de la carrera, a la experiencia y asemia del asesor, lo cual nos servirá de mucho en nuestro desempeño profesional tanto en el campo de diseño como en el de la industria de la automatización de sistemas electrónicos.

UMVERSIDAD AUTONOMA METROPOLINA IZTAPALA

INGENIERIA ELECTRONICA EN COMUNICACIONES

PROYECTO REALIZADO POR:

k LOZ4DA CANUARIO M4AWEL